Ученые создали миниатюрные легкие из стволовых клеток, чтобы изучать болезни и методы их лечения
Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе смогли вырастить мини-легкие из стволовых клеток, снабженные собственной функционирующей сетью кровеносных сосудов. Это работа, подробно описанная в журнале Cell, стала первым случаем создания легочных органоидов с интегрированной сосудистой системой, которая точно имитирует процесс развития легких у человека. Исследование открывает возможности для выращивания других органов с кровоснабжением, например, кишечника или толстой кишки, и предоставляет ученым инструмент для изучения заболеваний, тестирования медикаментов и разработки индивидуализированных методов терапии.
Исследовательская группа уже применила модель легочного органоида для изучения редкого и смертельно опасного врожденного заболевания легких, которое поражает новорожденных.
Работа над проектом началась в первые месяцы пандемии COVID-19 – в период, когда исследования в области легочной медицины получили стремительное развитие и беспрецедентное внимание. Обладая опытом в изучении легочной гипертензии и сосудистой системы, ученые обратили внимание на серьезный недостаток большинства существующих моделей легочных органоидов – в них отсутствует полноценная сеть кровеносных сосудов, необходимая для корректной работы легких. Сначала команда использовала классический метод: они выращивали отдельные компоненты органа по отдельности, применяя флуоресцентные маркеры для отслеживания развития разных типов клеток. Красные клетки предназначались для формирования кровеносных сосудов, а зеленые – для развития легочной ткани, после чего элементы объединялись на более позднем этапе.
"Мы ожидали, что сосудистая сеть будет окрашена в красный цвет, а эпителиальная ткань – в зелёный", – рассказал один из соавторов исследования. – "Но вместо этого мы увидели, что и сосуды, и эпителий светились красным, что указывало на то, что оба типа клеток формировались одновременно из одного и того же источника". Это неожиданное открытие заставило исследователей отказаться от метода поэтапной сборки, потому что он упускает ключевой момент раннего совместного развития тканей. Вместо этого команда разработала новый подход, более точно повторяющий естественный процесс формирования легких у человека.
Поскольку легочная ткань и кровеносные сосуды изначально развивались совместно, созданные мини-легкие продемонстрировали более широкое разнообразие клеточных типов, улучшенную трехмерную архитектуру, повышенную выживаемость клеток и более зрелую структуру по сравнению с предыдущими лабораторными моделями органов.
Команда сразу же начала использовать усовершенствованные модели мини-легких для изучения редкого врожденного заболевания – альвеолярно-капиллярной дисплазии с нарушением расположения легочных вен (ACDMPV). Это тяжелое состояние, сопровождающееся серьезными нарушениями дыхания, вызывается мутациями в гене FOXF1 и на сегодняшний день не поддается лечению. Ранее исследовать это заболевание было крайне сложно, так как поврежденный ген в первую очередь влияет на кровеносные сосуды и поддерживающие клетки – те элементы, которых нет в стандартных органоидных моделях.
Применив новую технологию, исследователи смогли взять стволовые клетки пациентов с мутацией FOXF1 и вырастить васкуляризованные легочные органоиды, точно воспроизводящие как основные дефекты сосудистой системы, так и последующие нарушения в структуре легочной ткани.
